This paper proposes a high-frequency (MHz) LLC resonant converter for a capacitor coupling wireless power transfer (CCWPT). The CCWPT uses electric field in the coupling capacitor between the transmitter and receiver electrodes with a dielectric layer. Given that capacitance is very small and the impedance is large, transferring power with a simple series resonance is difficult. Therefore, the high frequency (MHz) and high Q factor LLC converter is proposed to reduce the impedance of the coupling capacitance and to obtain a high output voltage. This paper deals with the operation analysis of the proposed LLC converter and a theoretical capacitance estimation. The operation and features of the proposed CCWPT LLC converter is verified with a 4.2 W prototype for charging mobile devices.
Wireless power transfer (WPT) is the technology that enables the power to transmit electromagnetic field to an electrical load without the use of wires. There are two kinds of magnetic resonant coupling and inductive coupling ways transmitting from the source to the output load. Compared with microwave method for energy transfer over a long distance, the magnetic resonance method has the advantages of reducing the barrier of electromagnetic wave and enhancing the efficiency of power transmission. In this paper, the wireless power transfer circuit having a resonant frequency of 13.45 MHz for the low power system is studied, and the hardware implementation is accomplished to measure the power transmission efficiency for the distance between the transmitter and the receiver.
In this paper, an LLC resonant converter employing two coupled inductors on the secondary side of the converter is proposed. The conventional LLC converter exhibits serious power loss during secondary winding of the transformer because of generation of tremendous output current ripples. To overcome this problem, an LLC resonant converter with a current doubler as a rectifying circuit was recently proposed. However, the current-doubler rectifying circuit requires coupled inductors with a high coupling ratio to retain the designed resonance characteristics. Therefore, an additional hardware filter is required at the output stage to address large output current ripples. Additional design procedures are also necessary because the inductance component of the added filter affects the designed resonant network. To solve this issue, an LLC resonant converter employing two coupled inductors is proposed in this paper. Mathematical analysis shows that the proposed secondary-side current-doubler circuit does not affect the designed resonance characteristics. The operating principles and theoretical analyses are proven through a simulation and experiments with a 54 V/28 A prototype.
A bidirectional dc-dc converter is used in battery energy storage systems owing to the growing requirements of a charging and discharging mode of battery. The magnetic coupling of output or input inductors in parallel-connected multi modules of a bidirectional dc-dc converter is often utilized to reduce the peak-to-peak ripple size of the inductor current. This study proposes a novel design guideline to achieve minimal ripple size of the inductor current under bidirectional power flow. The newly proposed design guideline of optimized coupling factor is applicable to the buck and boost operation modes of a bidirectional dc-dc converter. Therefore, the coupling factor value of the coupled inductor does not have to be optimized separately for buck and boost operation modes. This new observation is explained using the theoretical model of coupled inductor and confirmed through simulation and experimental test.
고주파 유도가열을 위한 인버터의 공진회로 설계에서 인덕턴스 L의 작용과, 출력전달 요소로 사용된 변압기의 결합계수, 그리고 코일을 사용한 가열부하의 결합계수가 공진회로의 출력, 회로의 Q와 공진주파수에 큰 영향을 주고 있음을 등가회로를 도출하여 그 특성을 해석하였다. 또한 변압기를 테브난 등가회로로 구성할 경우, 변압기의 이차측 임피던스를 일차측 임피던스고 환산하면, 권선비 n$^2$에 비례 할 뿐만 아니라 결합계수 $K^2$에도 비례함을 도출하여 결합계수형 테브난 등가회로에 의한 정확성이 큰 인버터 공진회로 설계의 기초방식을 나타냈다.
Yusop, Yusmarnita;Saat, Shakir;Nguang, Sing Kiong;Husin, Huzaimah;Ghani, Zamre
Journal of Power Electronics
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제16권5호
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pp.1678-1688
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2016
This paper presents a capacitive power transfer (CPT) system using a Class-E resonant inverter. A Class-E resonant inverter is chosen because of its ability to perform DC-to-AC inversion efficiently while significantly reducing switching losses. The proposed CPT system consists of an efficient Class-E resonant inverter and capacitive coupling formed by two flat rectangular transmitter and receiver plates. To understand CPT behavior, we study the effects of various coupling distances on output power performance. The proposed design is verified through lab experiments with a nominal operating frequency of 1 MHz and 0.25 mm coupling gap. An efficiency of 96.3% is achieved. A simple frequency tracking unit is also proposed to tune the operating frequency in response to changes in the coupling gap. With this resonant frequency tracking unit, the efficiency of the proposed CPT system can be maintained within 96.3%-91% for the coupling gap range of 0.25-2 mm.
This letter presents a power amplifier (PA) with an on-chip power detector for 2.4-GHz wireless local area network application. The power detector consists of a clamp circuit, a diode detector, and a coupled line directional coupler. A series inductor for an output matching network in the PA is combined with a through line of the coupler, which reduces the coupling level. Therefore, the coupler employs a metamaterial-based transformer configuration to increase coupling. The amount of coupling is increased by 2.5 dB in the 1:1 symmetric transformer structure and by 4.5 dB from two metamaterial units along the coupled line.
The optical power transfer of TM modes in grating-assisted directional couplers (GADCs) with three-guiding channels is rigorously evaluated by defining a novel coupling efficiency amenable to the rigorous analytical solutions of modal transmission-line theory (MTLT). The results reveal that the incident power is sensitively partitioned through three output channels in terms of such grating parameters as the period, the duty cycle, and wavelength.
This study proposes a power decoupled multi-port dual-active-bridge (DAB) DC-DC converter employing multiple transformers. Conventional multiport DAB DC-DC converters experience a power coupling issue from the use of a single transformer, which essentially requires complex power decoupling control. To solve this issue, a multiport DAB DC-DC converter employing multiple transformers is proposed to decouple output power without additional complex control algorithms. The proposed converter uses multiple transformers that can expand output ports easily. Therefore, transformers and the proposed multi-port DAB converter can be designed simply. In addition, the number of coupling inductors can be reduced in the proposed three-port DAB converter compared with that in conventional multiport DAB converters. The power decoupling characteristics and equivalent circuit of the proposed converter are analyzed using theoretical model approaches. Finally, a 3-kW laboratory prototype is developed to verify the effectiveness of the proposed converter.
타원형 모양의 모드 형태를 갖는 펄스형 레이저 다이오드 (laser diode)의 펄스 형태를 유지하면서 단일 모드 및 Gaussian 형태로 광 모드 변환을 유도하고 광출력을 증폭할 수 있는 기술에 대해서 연구하였다. 실험에서 사용한 펼스형 레이저 다이오드의 구경이 가로는 $300{\mu}m$이며, 세로는 $2{\mu}m$이고 출력은 $1.1mW/cm^2$이다. 렌즈형 광섬유를 사용하여 광결합을 유도하여 단일 모드 및 Gaussian 형태의 출력으로 변환시켰다. 그러나, 다중모드의 펄스형 레이저 다이오드의 출력을 단일모드 렌즈형 광섬유에 결합시키면 출력이 급격하게 감소한다. 따라서 master oscillator power amplifier (MOPA) 기반의 광증폭 기술을 이용하여 레이저 다이오드의 광출력을 증폭시켰다. 증폭 후에도 펄스 성질은 그대로 유지되었고, MOPA구조를 지나 증폭된 광 출력은 $29mW/cm^2$로 측정되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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